《新能源技术》课件-5生物质能

四、生物质能2025/3/281第一节、生物质能资源第二节、生物质能利用第三节、生物质发电技术第四节、能源植物2025/3/282生物质是一切直接或间接利用绿色植物进行光合作用而形成的有机物质，包括世界上所有动、植物和微生物，以及由这些生命体排泄和代谢产生的所有有机物。生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物中的一种能量形式，即以生物质为载体的能量。它取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。第一节生物质能资源一、概念2025/3/283二、特点优点：可再生：生物质通过植物的光合作用可以再生，与风能、太阳能同属可再生能源；CO2零排放：生物通过光合作用吸收大气中的CO2，燃烧或分解后再释放出CO2；低污染：生物质含硫、含氮都较低，灰分含量很少，燃烧后SO2、NOx和灰尘排放量比化石燃料小得多，是一种清洁的燃料；广泛分布性：生物质资源分布广、产量大，转化方式多种多样；2025/3/284二、特点缺点：收集成本高：生物质的分布比较分散，收集、运输和预处理的成本较高；单位土地面的有机物能量偏低且生物质单位质量热值较低；各种生物质分布不均，且缺乏适合栽种植物的土地；生物质能源与农业、林业在资源使用上不协调；有机物的水分偏多(50％～95％)：一般生物质中水份含量大，影响了生物质的燃烧和热裂解特性。2025/3/285三、来源

依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为：林业资源农业资源生活污水和工业有机废水城市固体废物畜禽粪便2025/3/286三、来源林业资源林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供生物质能的生物质能源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。2025/3/287蒸馏碳化锅炉汽轮机三、来源农业资源农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物)；农业生产过程中的废弃物，如农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等）；农业加工业的废弃物，如稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。2025/3/288三、来源生活污水和工业有机废水生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。2025/3/289三、来源畜禽粪便畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，它是其他形态生物质（主要是粮食、农作物秸秆和牧草等）的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。2025/3/2810三、来源城市固体废物城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。2025/3/2811生物质能利用，主要是将生物质转变为可直接利用的热能、电能和可存储的燃料。生物质的组成与化石燃料大体相同，利用方式也类似。常规能源的利用技术无需大改，即可应用于生物质能。但生物质的种类繁多，各有不同的属性和特点，应用方式也趋于多样，可能远比化石燃料的利用更复杂。四、利用2025/3/2812四、利用2025/3/2813（1）生物质直接燃烧直接燃烧是最古老、最广泛的生物质利用方式。得到的热量，可直接利用，也可进行后续转换（如发电）。不过，直接燃烧的转换效率往往很低。与煤炭相比，生物质燃料的特点为：－碳氢化合物受热分解挥发分多，释放的能量过半；－含氧量多，易点燃，而不需太多氧气供应；－密度小，容易充分烧尽，灰渣中残留的碳量小；－含碳量少，能量密度低，燃烧时间短；－松散，体积大，不便运输。第二节生物质能利用一、生物质固体燃料2025/3/2814一、生物质固体燃料（2）固体成型燃料以木质素为黏合剂，将松散的秸秆、树枝和木屑等农林废弃物挤压成特定形状的固体燃料，即压缩成型。压缩成型可以解决天然生物质分布散、密度低、松散蓬松造成的储运困难、使用不便等问题。原料主要是锯末、木屑、稻壳、秸秆等，其中含有纤维素、半纤维素和木质素，占植物成分的2/3以上。一般将原料粉碎到一定细度后，在一定压力、温度和湿度条件下，挤压成棒状、球状、颗粒状的固体燃料。2025/3/28152025/3/2816一、生物质固体燃料其能源密度相当于中等烟煤，热值显著提高，便于储运。（2）固体成型燃料2025/3/2817二、生物质气体燃料气体燃料的优点包括：①既可直接燃烧，又能用来驱动发动机和涡轮机；②能量转化效率比生物质直接燃烧高；③便于运输。2025/3/2818二、生物质气体燃料（1）木煤气在高温和气化剂（空气或含氧物质）的作用下，木材转变为可燃烧的气体，称为生物质燃气，俗称“木煤气”

。主要成分有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、O2、N2

等不可燃气体及少量水蒸气。另外，还有由多种碳氧化合物组成的大量煤焦油。将木材转变为木煤气后，燃烧过程易调解，燃烧完全，火焰温度高，没有灰渣，且易于输送，所以采用木煤气做燃料比直接用木材好。

2025/3/2819二、生物质气体燃料

原料多为原木生产及木材加工的残余物、薪柴、农副产物。不同的生物质气化所产生的混合气体成分可能稍有差异。（1）木煤气

目前常用的生物质燃气发生器，是气化炉。气化炉原理：将原料送入炉内，加燃料后点燃，同时通过进气口向炉内鼓风，通过一系列氧化还原反应形成煤气（CO、H2等可燃气体）。2025/3/2820二、生物质气体燃料

人畜粪便、农林废弃物、有机废水等，在密封装置中利用特定微生物分解代谢，能产生可燃的混合气体，称为沼气。主要成分是甲烷(CH4)，通常体积占60%～70%。（2）沼气

甲烷的发热值很高，完全燃烧时仅生成CO2和H2O，并释放热能，是一种清洁燃料。1m3

沼气的含热量相当于0.8kg标准煤。2025/3/2821二、生物质气体燃料

沼气发酵又称为厌氧消化，有机物质在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过多种微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体。（2）沼气沼气池必须符合多种条件（微生物生存、繁殖）：－沼气池要密闭。－维持20～40℃。－要有充足的养分。－发酵原料要含适量水。－pH值一般控制在7～8.5。2025/3/2822二、生物质气体燃料（2）沼气2025/3/2823三、生物质液体燃料

主要包括燃料乙醇、植物油、生物柴油等，都可以直接代替柴油、汽油等。生成途径有热裂解和直接液化法等。

热裂解是指在隔绝氧气或氧气不足的不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，将生物质大分子中的化学键切断，使其分解为分子量较低的CO、H2、CH4等可燃气体、生物油和木炭。

直接液化是指固态生物质经一系列化学加工过程，转化成液体燃料。直接液化得到的产品，物理稳定性和化学稳定性都更好。2025/3/2824三、生物质液体燃料

乙醇俗称酒精，进一步脱水（含量高于99.6%）再加适量的变性剂即可制成燃料乙醇。主要原料：淀粉质原料，甘薯、土豆等；糖质原料，甜菜等；纤维素原料，农作物秸秆、林木加工残余等。（1）燃料乙醇2025/3/2825三、生物质液体燃料

每千克乙醇完全燃烧时能产生30MJ左右的热量，是一种优质的液体燃料。燃料乙醇的生产成本与汽油和柴油大致相当，产生的环境污染却少得多。经过适当加工，还可再制成乙醇汽油等用途广泛的工业燃料。（1）燃料乙醇2025/3/2826三、生物质液体燃料利用含油植物的果实、叶、茎，经压榨、提取、萃取和精炼等处理得到的油料。发热量一般可达37~39MJ/kg，比柴油稍小。单独使用或与柴油混合，植物油都可在柴油机里直接燃烧。不过直接燃烧会在汽缸中留下未烧完的碳。（2）植物油2025/3/2827三、生物质液体燃料

来自生物质的原料油经一系列加工处理制成的液体燃料。原料包括植物油脂、动物油酯、废弃食用油等。（3）生物柴油生产主要以化学法为主，即原料油与甲醇或乙醇在酸、碱或生物酶等催化剂作用下进行酯交换反应。性质与常规柴油相近，是汽油、柴油的优质代用燃料。也可按一定比例与柴油混合使用。2025/3/2828第三节生物质发电技术

生物质发电是利用生物质直接燃烧或转化为某种燃料后燃烧所产生的热量发电。生物质发电的流程，大致分两个阶段：

①一般先把各种可利用的生物原料收集起来，通过一定程序的加工处理，转变为可以高效燃烧的燃料；

②再把燃料送入锅炉中燃烧，产生高温高压蒸汽，驱动汽轮发电机组发出电能。生物质能发电的发电环节与常规火力发电是一样的，所用的设备也没有本质区别。一、生物质发电的基本原理2025/3/2829

生物质能发电的特殊性在于燃料的准备。一般要对生物质进行一定的预处理，如烘干、压缩、成型等。不采用直接燃烧方式的，还需要通过特殊的工艺流程，实现生物质原料到气态或液态燃料的转换。生物质发电涉及原料的收集、打包、运输、贮存、预处理、燃料制备、燃烧过程的控制、灰渣利用等诸多环节。

生物质能发电的同时，常常还可实现资源的综合利用。如余热、灰渣，等等。一、生物质发电的基本原理2025/3/2830生物质能发电具有如下特点：（1）适于分散建设、就地利用（2）技术基础较好、建设容易（3）碳排放比化石燃料少（4）变废为宝，更加环保发展生物质能发电，也有一些问题需要注意：（1）转化设备必须安全可靠。（2）能源作物需要占用大量土地二、生物质发电的特点2025/3/28311、直接燃烧发电

直接燃烧发电，即直接利用处理过的生物质为燃料(而不转换)，燃烧所释放的热量在锅炉中生产高压过热蒸汽，通过汽轮机膨胀做功，带动发电机发电。直接燃烧发电原理和发电过程与常规火电一样，所用的设备也没本质区别。常见原料是秸秆、薪炭木材和其它农林废弃物。设备投资较高，效率较低，将来也很难有明显改善。为提高热效率，可以考虑采取各种回热、再热措施和联合循环方式。三、生物质发电技术2025/3/28321、直接燃烧发电三、生物质发电技术2025/3/28331、直接燃烧发电丹麦是最早发展秸秆燃烧发电的国家。美国在直接燃烧发电方面处于世界领先地位。巴西有独特的生物质燃烧技术，已有近百年的历史。三、生物质发电技术2025/3/2834我国每年废弃的农作物秸秆约有1亿吨。如将这些秸秆用于发电，相当于一个“三峡”的发电量。2、垃圾发电2012年，我国城市垃圾人均日产量为1.2-1.4kg，全国生活垃圾年产量已达2亿吨，占用土地约5亿m3。垃圾发电主要是从有机物废物中获取热量用于发电。从垃圾中获取热量主要有两种方式：一是垃圾经分类处理后，直接在特制焚烧炉内燃烧；二是填埋垃圾在密闭环境中发酵产生沼气，再燃烧沼气。三、生物质发电技术2025/3/28352、垃圾发电（1）垃圾焚烧发电。是处理垃圾最快捷和最有效的技术方法，近年来在国内外得到了广泛应用。垃圾焚烧发电厂一般包括垃圾分拣及存储系统、垃圾焚烧发电系统、烟气净化系统、灰渣利用及控制检测系统。整个发电厂的工艺流程与普通燃煤电厂极为相似。三、生物质发电技术2025/3/2836（2）垃圾填埋气发电。在城市生活垃圾中含有大量有机质，这些有机质在隔绝空气的垃圾填埋场中将首先生成有机酸，再分解成CH4、CO2和其他气体。2、垃圾发电从1970s起，一些发达国家便着手运用焚烧垃圾产生的热量进行发电。我国生活垃圾处理技术起步较晚，近年来也迅速发展。自1988年我国第一座垃圾焚烧厂开始发电以来，我国已建成300多座垃圾焚烧电厂。三、生物质发电技术2025/3/2837三、生物质发电技术2025/3/2838天津双港垃圾焚烧发电厂3、沼气发电沼气发电就是以沼气为燃料实现的热动力发电。沼气发电的规模，

50kW以下 小型，

50～500kW 中型，

500kW以